MANIVELLES & ROUES DENTEES

MANIVELLES & ROUES DENTEES Dis maman, pourquoi elle se bloque la ceinture de sécurité, quand je tire fort dessus? Dis papa, comment il fait mon téléphone portable, pour vibrer? Chacun a un jour posé ou tenté de répondre à de telles questions. Des questions passionnantes et qui restent néanmoins bien souvent sans vrai réponse. Pourtant il y a tant à découvrir Cette exposition est une invitation à dévisser le couvercle, à ouvrir la boîte, à soulever le capot avec une curiosité gourmande. Vous découvrirez alors avec délectation les trésors cachés, les astuces géniales, les combines futées que cache le monde méconnu de la technique. Il est temps maintenant pour vous de tourner les manivelles et les roues dentées vous raconteront leurs secrets. Bonnes découvertes! INFOS PRATIQUES : Lieu Haute école du paysage, d ingénierie et d architecture de Genève (hepia) Rue de la Prairie 4, CH-1202 Genève Dates 19 septembre 21 octobre 2011 Horaires Classes 08h30 16h30 du lundi au vendredi Réservation une semaine à l avance sur notre site: www.hesge.ch/hepia Public 14h00 à 17h00 du dimanche au vendredi Organisation de visites guidées et commentées, gratuites Pour des demandes d informations, e mail : tin.hepia@hesge.ch Espace des inventions novembre 2009 2

L exposition MANIVELLES & ROUES DENTEES Serrures, ceintures de sécurité, roulements à billes ou vibreurs de téléphones portables recèlent des trésors d ingéniosité. MANIVELLES & ROUES DENTEES est une invitation à dévisser le couvercle, à ouvrir la boîte, à soulever le capot avec une curiosité gourmande pour découvrir avec délectation les combines futées et les astuces techniques géniales que cachent ces objets quotidiens. Dans la vie de tous les jours, les roulements à billes sont le plus souvent invisibles mais indispensables. Qu est-ce que c est, comment fonctionnent-ils et où se cachent-ils? Sans eux, point de machines industrielles ni de lave-linge ou de rollers. Un mécanisme ne tourne pas rond? Qu à cela ne tienne, une anomalie peut aussi donner lieu à la création de nouvelles applications: le vibreur du téléphone portable en est une. De la vis d Archimède à la croix de Malte en passant par l invention de l essuie-glace, la nouvelle exposition de l Espace des Inventions emmène petits et grands dans les univers de la maison, de la voiture ou de l usine pour qu ils expérimentent et découvrent de manière interactive et décomplexée le monde de la technique. Ou quand le métier d ingénieur rime avec ingénieux. La liste des manipulations que vous découvrirez dans l exposition est présentée et commentée brièvement ci-dessous : 01 INTERRUPTEUR VA-ET-VIENT Dans nos maisons, il est bien souvent possible d éteindre et allumer une lumière depuis plusieurs interrupteurs différents. Le principe de cette astuce électrique maline est expliqué avec un petit train en guise de courant électrique. 02 SERRURE Nous utilisons tous quotidiennement des clés et savons bien que si on ne met pas la bonne clé dans la bonne serrure, la porte ne va pas s ouvrir. Cette expérience présente un modèle géant très simple pour comprendre ce qui se passe dans le cylindre de la serrure. 03 POIGNEE DE PORTE Il n est guère d objet plus bête et plus courant qu une poignée de porte et pourtant sait-on ce qui s y cache et comment ça marche? L occasion de se souvenir qu il n est pas toujours besoin de s intéresser à des objets compliqués pour apprendre quelque chose. Espace des inventions novembre 2009 3

04 TAMPON AUTO-ENCREUR Le tampon auto-encreur est muni d un mécanisme très élégant qui lui permet de se tourner vers le haut pour aller se recharger d encre et vers le bas pour la déposer sur le papier. Une modèle géant de tampon invite à découvrir d un œil nouveau cet objet rigolo. 05 ROULEMENT A BILLES On en a tous entendu parler et on sait bien souvent intuitivement que ça permet de «faire bien tourner des objets». Un plateau de jeux ludiques permet d en apprendre un peu plus sur cette invention révolutionnaire. 06 CONVOYEUR A ROULEAUX A l époque du néolithique, les hommes utilisaient déjà des rouleaux pour déplacer de grosses pierres. Cette technique est encore utilisée aujourd hui dans les centres de tri postaux, les aéroports ou les usines. Une expérience très amusante pour réfléchir aux différents moyens de déplacer du matériel. 07 VIBREUR DE TELEPHONE Comment diable un téléphone portable fait-il pour vibrer? Cette expérience le fait découvrir et permet de réfléchir à la notion de vibrations. Il y a des vibrations nuisibles mais il en est également certaines qui sont utiles. 08 TAPIS VIBRANT En relation avec le convoyeur à rouleaux et le vibreur de téléphone portable, cette expérience présente un moyen étonnant, utilisé dans l industrie, de déplacer des pièces d un endroit à un autre. 09 MECHE DE PERCEUSE Cette expérience permet de faire comprendre de manière complètement évidente à quoi sert l hélice creusée le long des mèches de perceuses. Il est possible également de faire le lien avec la fameuse vis d Archimède utilisée pour pomper de l eau. Espace des inventions novembre 2009 4

10 ALARME Un système d alarme similaire à ceux qui sont utilisés pour le contrôle des barrages ou dans les flippers est présenté dans cette expérience. Cette expérience permet de montrer comment un mécanisme simple permet de surveiller les mouvements d un objet. 11 CEINTURE DE SECURITE Pourquoi une ceinture de sécurité ne se bloque-t-elle que quand on tire fort dessus? Un modèle géant de ceinture permet de comprendre le mécanisme simple qui autorise cette astucieuse fonctionnalité. 12 ESSUIE-GLACES Cette expérience montre le mécanisme très élégant qui se cache entre le moteur qui alimente l essuie-glace et le mouvement des balais des essuie-glaces eux-mêmes. Elle permet de s imaginer que d un mouvement de rotation simple, on peut aboutir à un mouvement synchronisé plus complexe grâce à des leviers. 13 DIFFERENTIEL Quand une voiture prend un virage, il est nécessaire qu elle soit dotée d un mécanisme qui permette aux roues gauches et droites de tourner à des vitesses différentes faute de quoi la voiture patine. Ce mécanisme très rusé s appelle le différentiel. Un magnifique modèle très didactique de différentiel est présenté ici. 14 ROUE LIBRE Tous les vélos sont munis d une roue libre, soit une roue qui est entraînée par les pédales dans le sens de la marche uniquement. La roue libre permet au cycliste d arrêter de pédaler en descente. Cette expérience présente le mécanisme simple mais drôlement astucieux de cette invention futée et très utilisée. 15 MANIVELLES ET Six petites manipulations présentent six différents mécanismes d entraînements pour transformer un mouvement de rotation simple en un autre type de mouvement. On y admire par exemple des roues dentées, une croix de Malte ou encore une came. Un moyen très ludique d entrer dans le monde incroyablement riche et créatif des entraînements mécaniques. Espace des inventions novembre 2009 5

Activités en lien avec l exposition Nous vous proposons ci-dessous quelques activités à mener en classe avant ou après la visite. Ces activités ont pour objectif de se pencher, de s interroger, de s intéresser au fonctionnement de certains objets. Elles proposent une entrée dans le monde de la technique lors de laquelle on se demande comment ça marche, on cultive sa curiosité. 1 LE SINGE SAVANT Le singe savant est un bricolage amusant qui est issu d un vieux jeu commercialisé aux Etats-Unis vers 1916. Il s agit d un singe dont les mains donnent le résultat d une multiplication entre deux nombres choisis par la position de ses deux pieds. Une machine simple mais très astucieuse. Nous vous proposons de réaliser votre propre singe savant avec vos élèves. Vous trouverez en Annexe A une page contenant tous les éléments du singe à découper. Toutes les instructions nécessaires à la réalisation de ce bricolage simple se trouvent sur le site web do-it-yoursciences.org. Vous y accédez depuis : http://www.espace-des-inventions.ch/index.php/activitee/doit Le singe savant est un bricolage ne nécessitant pas de matériel compliqué (essentiellement une plastifieuse à chaud, des ciseaux, des cutters, une pince emportepièce, du scotch double-face ou de la colle et du carton fort). Il peut être utilisé pour en étudier le mécanisme mais également en calcul. Il convient de relever qu en changeant les nombres figurant dans la «pyramide», le singe peut faire des additions ou des soustractions en lieu et place de multiplications. La réalisation de la pyramide d addition ou de soustraction avec les bons chiffres à la bonne place pourrait être effectuée par les élèves eux-mêmes. Espace des inventions novembre 2009 6

2 L ELLIPSOGRAPHE d ARCHIMEDE L'ellipsographe d'archimède est un dispositif très amusant et très ingénieux qui permet de tracer une ellipse. Le mouvement de ce dispositif est extrêmement intéressant à observer: deux courts barreaux effectuent des va-et-vient dans deux glissières perpendiculaires. Ils sont solidaires l'un de l'autre via une barre qui tourne au-dessus du dispositif. L extrémité de cette barre dessine une ellipse. On peut allonger la barre qui tourne et y fixer un stylo feutre ou un crayon. Si on place alors l ellipsographe sur une feuille, on peut dessiner une ellipse sur celle-ci en le faisant fonctionner. Nous vous proposons deux types de matériel pour construire ce modèle : 1) La première méthode utilise du bois et peut être réalisée avec les enfants si le matériel est préparé au préalable (pièces en bois découpées aux bonnes dimensions et percées). Vous trouverez toutes les instructions nécessaires à la réalisation de cet ellipsographe en bois sur le site web do-it-yoursciences.org. Vous y accédez depuis : http://www.espace-des-inventions.ch/index.php/activitee/doit 2) La seconde méthode utilise essentiellement des lego et peut aisément être réalisé avec les enfants ou par les enfants eux-mêmes avec vos instructions. Matériel nécessaire 1 planche de base Lego et 18 grosses briques Lego Deux bandes de papier cartonné (env. 20 cm de long et 3 cm de large) Un morceau de carton (env. 20 cm de long et 4 cm de large) 2 cure-dents (si possible assez longs) Une baguette ou liste en bois (env. 20 cm de long) Une petite boule de pâte à modeler ou deux petits morceaux de mousse Du gros scotch Espace des inventions novembre 2009 7

Ellipsographe en lego - marche à suivre Faire 4 blocs de 4 briques lego chacune. Fixer les blocs sur la planche de base de manière à former une croix dont les branches ont la même largeur qu une brique. Poser les deux bandes de papier cartonné à l emplacement de la croix. Prendre les deux briques restantes. Insérer une boulette de pâte à modeler ou un petit morceau de mousse dans le trou central au dos des deux briques. Prendre le morceau de carton, la baguette en bois et les deux cure-dents. Enfiler les cure-dents à travers le carton de manière que la distance entre les deux soit équivalente à la longueur d une brique. Solidariser le tout en enroulant du gros scotch autour. Positionner les deux briques à l envers dans la croix et enfiler les cure-dents dans la pâte à modeler ou la mousse. L ellipsographe est fonctionnel!!! Espace des inventions novembre 2009 8

3 JEU DES PIECES CACHEES En utilisant la feuille en annexe B, interroger les élèves sur les éléments techniques qui se cachent dans les différents objets connus de tous qui y sont dessinés. Quels sont ceux qui contiennent un ressort? Quels sont ceux qui contiennent au moins une roue dentée? Quels sont ceux qui contiennent un moteur? Autres pièces qu ils connaitraient (vis, ) On peut ensuite discuter les réponses de chacun et démonter ensemble certains des objets dessinés pour vérifier les réponses. S agissant des ressorts, on peut observer qu il en existe de formes et de styles très variés. Discuter avec les élèves ce qu est un ressort pour eux (définition: pièce d un mécanisme qui utilise les propriétés élastiques de certains matériaux pour absorber de l énergie mécanique, produire un mouvement ou exercer un effort). Pour différents objets contenant des ressorts, essayer de trouver à quoi ils servent en manipulant les objets et éventuelement en les démontant. On peut également demander aux élèves de ramener de la maison un objet dans lequel ils pensent que se cache un ressort ou une autre pièce technique. On peut ensuite discuter de ces objets en classe. 4 AUTOMATES EN PAPIER On trouve sur le web de nombreux sites qui proposent des automates en papier (en général plus compliqués que le singe savant) permettant de visualiser des mécanismes mécaniques difficiles à décrire tels que ceux que vous trouverez dans l annexe C. Quelques adresses sont proposées dans la webographie. Espace des inventions novembre 2009 9

Bibliographie Dès 7 ans, des expériences simples utilisant une bille fournie avec le livre Expériences pour rouler, Croq sciences, Editions Nathan, ISBN 9 782092 505434 Dès 9 ans, projets et expériences sur les forces et les machines Forces, Sciences, Editions Broquet, ISBN 9 782890 007512 Un livre qui présente quelques inventions humaines avec de chouettes illustrations L histoire des inventions, Anna Claybourne et Adam Larkum, Editions Usborne ISBN 7 780746 094921 Webographie Automates en papier et démonstrations de divers mécanismes Flying pig est un site incroyable qui propose de nombreux automates en papier Certains d entre eux sont gratuits mais pas tous. Vous trouverez à acheter certains de ces automates à la boutique de l Espace des Inventions. Par ailleurs, une section très bien faite présente différents mécanismes d entraînements. Site en anglais http://www.flying-pig.co.uk/ http://www.flying-pig.co.uk/mechanisms/index.html Pour réaliser une vache qui rumine Site en anglais http://cp.c-ij.com/en/contents/2023/ruminations/index.html Pour réaliser des grenouilles qui chantent Site en japonais mais instructions dessinées compréhensibles néanmoins! http://cp.c-ij.com/ja/contents/2023/10280/index.html Site japonais qui propose de nombreuses réalisations en papier dont quelques automates amusants. Pas très facile de s y promener sans la maîtrise de la langue japonaise. Les images sont toutefois très parlantes et on s y retrouve http://www.sasatoku.co.jp/hp/present/paper_craft/index.html Ellipsographe d Archimède http://home.frognet.net/~ejcov/ellipse.html http://en.wikipedia.org/wiki/trammel_of_archimedes De nombreuses applets de mécaniques dont l ellipsographe http://subaru.univ-lemans.fr/enseignements/physique/02/meca/menumeca.html Main à la pâte Le site français de la main à la pâte propose de nombreuses activités scolaires en lien avec la mécanique http://lamap.inrp.fr//?page_id=3&domainsciencetype_id=12 Espace des inventions novembre 2009 10